基于优化A*算法的选煤厂管路自动布置

作者：肖林京; 姚培鑫^*; 刘瑞; 马山清; 马成瀚

来源：工矿自动化, 2022, 48(11): 73-79.

DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2022080085

• 选煤厂
• 管路自动布置
• 管路路径
• A*算法
• 评价函数

管路设计是选煤厂设计的重要内容之一，目前选煤厂管路主要依靠人工设计，难度大、耗时长且管路布置质量难以保证。将A*算法应用到三维的选煤厂管路自动布置中，搜索出的路径不符合管路设计要求。针对上述问题，提出了一种基于优化A*算法的选煤厂管路自动布置方法。基于选煤厂管路布置规则，建立选煤厂布局空间模型，对布局空间模型进行网格化、数值化处理。针对A*算法搜索出的路径会出现过多折弯的问题，对A*算法的评价函数进行优化；针对A*算法搜索速率较慢的问题，在评价函数中引入动态权重；针对经上述优化后A*算法搜索出的管路路径会绕行有需求的设备的问题，引入方向导向策略以提高管路布置的工程实用性；为提高A*算法运行效率，将Open表的数组结构替换为最小二叉堆结构。仿真结果表明：(1)对A*算法评价函数进行优化后，管路路径折弯次数减少80%左右，且折弯都为直角，符合选煤厂管路布置的实际情况；引入动态权重后，运行效率提升且能保证路径质量。(2)引入方向导向策略前后管路路径长度并无变化，都满足选煤厂管路布置的基本约束规则；引入方向导向策略后的管路更倾向于在对管路有特定需求的设备附近规划，管路有并排布置的趋势，说明方向导向策略引入后管路的布置满足整体布局最优的要求，更符合选煤工程应用需求。(3)用Open表优化后的A*算法效率明显提高，管路路径越长、中间障碍物越多，A*算法效率提高越明显。设计并开发了选煤厂管路自动布置软件系统，实例验证结果表明，优化后的A*算法提高了选煤厂管路设计的效率和质量，且具有更好的可视性。

• 单位
  山东科技大学; 电子工程学院